北邮电磁场实验波导波长的测量.docx
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北邮电磁场实验波导波长的测量
北邮电磁场实验-波导波长的测量
————————————————————————————————作者：
————————————————————————————————日期：
北京邮电大学
电磁场与微波测量实验
实验二波导波长的测量
学院：
电子工程学院
班级：
2011211207
组员：
邹夫、马睿、李贝贝
执笔：
邹夫
1.实验内容
1.1实验目的
通过博导波长测量系统测出波导波长。
1.2实验设备
1.DH1121C型微波信号源
2.DH364A00型3cm测量线
1.3实验系统框图
1.3实验步骤
测量波导波长
1.观察衰减器、空腔波长计、主播测量线的结构形式、读数方法；
2.按照系统框图检查系统的连接装置以及连接电缆和电缆头；
3.开启信号源，预热仪器，并按照操作规则调整信号工作频率以及幅度，并调整调制频率；
4.利用两点发进行测量，将波导测量线终端短路，调测放大器的衰减量和可变衰减器使当探针位于波腹时，放大器只是电表接近满格，用两点法测量波导波长；
5.将驻波测量线探针插入适当深度，将探针移到两个波节点的重点位置，然后调节其调谐贿赂，使测量放大器指示最大；
6.利用间接法来测量波导波长λg。
首先用波长计测量信号波长λ0，测三次去平均值。
再计算λg。
测量完成后要将波长计从谐振点调开，以免信号衰减影响后面的测量；
校准晶体二极管检波器的检波特性
7.将探针沿线测量线移动，按测量放大器指示改变最大值刻度的10%，记录一次探针位置，给出U沿线的分布图形；
8.设计表格，用驻波测量线校准晶体的检波特性；
9.做出晶体检波器校准曲线图；
10.再移动探针到驻波的波腹点，记录数据，分别找到波腹点两相邻边指示电表读数为波腹点50%对应的值，记录此刻探针的位置d1，d2，根据公式求得晶体检波率n，和8所得的数值进行比较。
2.实验原理
2.1两点法
按照系统框图连接测量系统。
可变电抗采用短路片，短路片的反射系数接近1。
在测量线中，入射波与反射波的叠加为接近纯驻波的图形，只要测得驻波相邻节点的位置L1、L2，由，即可求得波导波长。
波节点的位置取和的平均值：
由上图可知，波导波长：
2.2间接法
理论上，自由波长和频率的换算方法：
c为自由空间传播速度，约厘米每秒；
矩形波导中的波，自由波长和波导波长满足公式：
a为矩形波导宽边尺寸，对三厘米波导毫米。
上个实验已经用波长表测出信号波长，计算。
3实验数据与分析
3.1测量波导波长
3.1.1两点法
139.722mm
129.678mm
112.584mm
102.576mm
=134.700mm
=107.58mm
由公式可以计算出mm
3.1.2直接法
第一次
第二次
第三次
平均值
（GHz）
8.678
8.678
8.677
/
（mm）
34.570
34.570
34.574
/
（mm）
52.825
52.825
52.840
52.830
由上表可知，
3.2晶体检波特性
3.2.1晶体校准曲线图
所测量的波导波长：
54.24mm波节点的位置：
134.7mm
E/Emax
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
d
d
0
0.861
1.733
2.633
3.545
4.52
5.545
6.696
7.976
9.686
13.56
d+d0
134.7
135.561
136.433
137.333
138.245
139.22
140.245
141.396
142.676
144.386
148.26
U
0
0
2.9
9.1
16.2
27.0
36.0
50.1
65.1
83.2
100
U/Umax
0
0
0.029
0.091
0.162
0.270
0.360
0.510
0.651
0.832
1
logE
/
-1
-0.699
-0.523
-0.398
-0.30
-0.222
-0.155
-0.097
-0.046
0
logU
/
/
-1.538
-1.041
-0.791
-0.57
-0.444
-0.300
-0.186
-0.08
0
根据U和d的大小，画出U,d的关系曲线，如下图所示：
其中，蓝色的x代表原始数据，红色的曲线为。
可以看出，U与d大致成三角函数的关系。
将和的值输入到Matlab里，通过线性回归函数polyfit计算出一元线性回归函数的系数，即直线部分的斜率；部分代码如下：
E=[0.20.30.40.50.60.70.80.91];
U=[0.0290.0910.1620.270.360.5010.6510.8321];
E_log=log10（E）;
U_log=log10（U）;
c=polyfit（E_log,U_log,1）;
x=-0.8:
0.1:
0;
y=c
（1）*x+c
（2）;
plot（E_log,U_log,'x'）;
holdon;
plot（x,y,'r'）;
图如下所示：
检波晶体的校准曲线
其中斜率c
（1）=2.1426；所以得到晶体检波率n=2.1426；
3.2.2晶体检波率公式计算
d1（mm）
d2（mm）
W（mm）
141.410
127.962
13.448
根据公式可以算得到n=2.038。
3.3误差分析
通过两点法和间接法算得的波导波长相差不大，约为2.66%，处于合理误差范围内通过曲线法和计算法测得的n相差不大，约为4.88%，处于合理误差范围内；
主要误差因素可能有：
1.读数误差；2.微波信号源信号不稳定，频率在测量前后有改变。
4.思考题
1.在波导系统终端短路的情况下，插入具有导纳的探针后，波导中真正驻波图形如何改变？
答：
由于导纳的分流作用，驻波腹点和节点的电场强度都要比真实值小，使位置波节点和波腹点发生偏移。
探针呈容性电纳将使驻波腹点向负载方向偏移。
如图所示：
2.用波长表测量自由空间信号震荡频率后，为什么还要失谐频率计？
答：
电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本上不影响波导中波的传输。
当电磁波的频率满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。
如果不使用失谐频率计，波导中传播的电磁波会十分微弱。
3.平方律检波特性只有小信号才适用，在测试过程中，需要采取哪些措施实现小信号？
答：
使用衰减器：
衰减器是把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。
衰减器起调节系统中微波功率的作用。
4.为什么要测晶体检波率？
指示电表读数和微波场强E之间成什么关系？
答：
当微波功率变化较大时a和k就不是常数,且和外界条件有关,所以在精密测量中必须对晶体检波器进行定标。
电表读数和场强的成指数比例关系。
5.实验心得与体会
电磁场与微波测量实验是由三个人组队的实验，通过本次试验，我们知道了同学之间互相合作的重要性。
我们组三个成员通过分工合作完成任务，实验的期间不断探讨问题，使得较为复杂的问题很快的得到了解决。
本次实验不是很难，我们首先对实验课本上的东西进行预习，上课的时候认真听老师讲解，对实验有基本概念后小心仔细的进行了实验。
本次实验的难点就在于重复的读数，一不留神就容易读错数，所以我们要细心对待实验。
本次试验需要测的数据比较多，需要耐心的记录数据。
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